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1、西南交通大学肖赞单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计姓 名：肖赞学 号：20070577班 级：土木19班电 话：15882166785电子邮件：指导老师：郑凯锋设计时间：2010 年10 月至 月目 录第一章 设计资料1第一节 基本资料.1第二节 设计内容.2第三节 设计要求.2第二章 主桁杆件内力计算.4第一节 主力作用下主桁杆件内力计.4第二节 横向风力作用下的主桁杆件附加内力计算.9第三节 制动力作用下的主桁杆件附加内力计算.12第四节 疲劳内力计算.14第五节 主桁杆件内力组合.16- 17 -第一章 设计资料第一节 基本资料1 设计规范：铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-
2、2005)，铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)。2 结构轮廓尺寸：计算跨度L85.4m，钢梁分10 个节间，节间长度dL/10，主桁高度H11d/8，主桁中心距B5.75m，纵梁中心距b2.0m，纵联计算宽度B05.30m，采用明桥面、双侧人行道。3 材料：主桁杆件材料Q345q，板厚40mm，高强度螺栓采用40B，精制螺栓采用BL3，支座铸件采用ZG35 II、辊轴采用35号锻钢。4 活载等级：中荷载。5 恒载(1) 主桁计算桥面p110 kN/m，桥面系p26.29 kN/m，主桁架p314.51 kN/m，联结系p42.74 kN/m，检查设备p51.02 kN/m，
3、螺栓、螺母和垫圈p60.02(p2p3p4)，焊缝p70.015(p2p3p4)；(2) 纵梁、横梁计算纵梁(每线)p84.73 kN/m(未包括桥面)，横梁(每片)p92.10 kN/m。6 风力强度W01.25 kPa，K1K2K31.0。7 工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精制螺栓，栓径均为22 mm、孔径均为23 mm。高强度螺栓设计预拉力P200 kN，抗滑移系数00.45。第二节 设计内容1 主桁杆件内力计算；2 主桁杆件截面设计；3 弦杆拼接计算和下弦端节点设计；4 挠度验算和上拱度设计；5 空间分析模型的全桥计算。第三节 设计要求1 主桁内力计算结果和截面设
4、计计算结果汇总成表格。2 主桁内力计算表格项目包括：加载长度l、顶点位、面积、总面积、Np k、Nkk、 1+、(1+)Nk、a、amax-a、(1+) Nk、NS、平纵联风力Nw、桥门架风力Nw、制动力NT、主力NINp(1+)NkNs、主+风NIININw(Nw)、主+风弯矩MII、主+制NIIININT、主+制弯矩MIII、NcmaxNI, NII/1.2, NIII/1.25、1+f、NnNp+ (1+f)Nk、吊杆下端弯矩MB。3 主桁内力计算和截面设计计算推荐采用Microsoft Excel 电子表格辅助完成。4 步骤清楚，计算正确，文图工整。5 设计文件排版格式严格要求如下：(
5、1) 版面按照A4 纸张设置，竖排(个别表格可以横排)，页边距推荐为上2cm、下2cm、左2.5cm、右1.5cm，页眉1.5cm、页脚1.75cm。(2) 设计文件要求采用单一的PDF 文件格式，按封面、目录、正文(包括表格、插图)、节点图顺序，正文起始页码为第页。(3) 特别要求正文采用四号宋体和New Times Roman 字体，段落采用单倍行距、段前0 行、段后0.5 行，不设置文档网格的自动右缩进、不设置文档网格的对齐网格；章名采用二号黑体居中(新章起页，章名前空两行)；节名采用三号黑体居中(节名前、后空一行)；(4) 特别要求正文内的表格完整、表格排版符合页宽要求。(5) 特别要
6、求正文内的图形和节点图完整、清晰。6 设计文件在规定时间内提交，提交方式为电邮至，邮件主题统一为学号8 位数字。第二章 主桁杆件内力计算第一节 主力作用下主桁杆件内力计算1 恒载桥面p110kN/m，桥面系p26.29kN/m, 主桁架 p314.51，联结系p42.74kN/m，检查设备p51.02kN/m，螺栓、螺母和垫圈p60.02(p2+p3+p4)，焊缝p70.015(p2+p3+p4)每片主桁所受恒载强度P=10+6.29+14.51+2.74+1.02+0.02(6.29+14.51+2.74)+0.015(6.29+14.51+2.74)/217.69 kN/m，近似采用p18
7、 kN/m。2 影响线面积计算（1） 弦杆影响线最大纵距y=l1l2lH影响线面积=12lyA1A3: l1=17.08,l2=68.32,=0.2,y=-17.0868.3285.411.7=-1.168=1285.4-1.168=-49.874 mE2E4: l1=25.62, l2=59.78, =0.3, y=25.6259.7885.411.7=1.533=1285.41533=65.451 m其余弦杆计算方法同上，计算结果列于下表2.1 中。(2) 斜杆y=1sinl2l, y=1sinl2l,1sin=1+1tan2=1+8.5411.72=1.238=12l1+l2y, =12
8、l1+l2y式中 l1y=l1y=8.54-l1y, l1=8.54yy+yE0A1: l1=8.54, l2=76.86, =0.1, y=1.23876.8685.4=1.114,=1285.41.114=47.568 mA3E4: l2=51.24, l2=25.62, y=1.23851.2485.4=0.743, y=-1.23825.6285.4=-0.371,l1=8.540.7430.743+0.371=5.696, =5.6965.696+56.936=0.1,l1=8.54-5.696=2.844, =2.84425.62+2.844=0.1,=125.696+51.240
9、.743=21.152m,=122.844+25.62-0.371=-5.28 m,=21.152-5.28=15.872 m其余斜杆按上述方法计算 并将其结果列于表中。(3) 吊杆y=1.0, =12117.08=8.54 m3 恒载内力Np=p, 例如E0E2: Np=18.026.61=478.98 kNE4A5: NP=18.0-5.02=-90.36 kNA5E5: Np=18.08.1=145.8 kN4 活载内力(1) 换算均布活载k按及加载长度l查表求得 例如E2E4: =0.3, l=85.4,k=89.202=44.60 kN/m (每片主桁)E4A5: =0.1, l=4
10、7.46,k=103.222=51.61 kN/m=0.1, l=37.98, k=107.062=53.53 kN/mA5E5: =0.5, l=17.08, k=126.282=63.14 kN/m(2) 冲击系数弦杆、斜杆：1+=1+2840+L=1+2840+85.4=1.223吊杆：1+=1+2840+17.08=1.491(2) 静活载内力NkNk=k, 例如E0E2: Nk=46.7227.95=1305.85kNE4A5: Nk=51.61-14.67=-757.16 kNNk=53.539.39=502.64 kNA5E5: Nk=63.148.54=539.25 kN(4)
11、 活载发展均衡系数活载发展均衡系数:=1+16max-=Np1+Nk,max为跨中弦杆E4E4的值，max=0.3366，可计算各杆件，例如E0E2: =503.101597.06=0.3150,=1+160.3366-0.3150=1.0036E4A5: =95.04926.0=0.1026,=1+160.3366-0.1026=1.039=-88.94614.73=-0.1546=1+160.3366+0.1546=1.0819A5E5: =153.72804.02=0.1912=1+160.3366-0.1912=1.0242其余杆件计算同上，并将其计算结果列于表2.1 中。5 列车横向
12、摇摆力产生的弦杆内力横向摇摆力取S100kN 作为一个集中荷载取最不利位置加载，水平作用在钢轨顶面。摇摆力在上下平纵联的分配系数如下：桥面系所在平面分配系数为1.0，另一平面为0.2。上平纵联所受的荷载S上0.210020kN, 下平纵联所受的荷载S下1.0100100kN。摇摆力作用下的弦杆内力NsyS, y 为弦杆在简支平纵联桁架的影响线纵距, 例如：上弦杆A1A3长度为两个节间，受力较大的为第二个节间，其影响线顶点对应于该节间交叉斜杆的交点O，影响线纵距：y=L1L2LB=12.8155.5168.325.75=1.81Ns=yS=1.8120=36.202 kN同理对A3A5: Ns=
13、29.57538.74568.325.7520=58.338 kN下弦杆E0E2: y=12.8172.5985.45.75=1.894Ns=yS=1.894100=189.40 kNE2E4: Ns=29.8955.5185.45.75100=337.9 kNE4E4: Ns=46.9738.4385.45.75100=367.6 kN第二节 横向风力作用下的主桁杆件附加力计算1 平纵联效应的弦杆附加力依设计任务书要求，风压WK1K2K2W01.01.25kPa, 故有车风压W0.8W1.0kPa。(1) 下平纵联的有车均布风荷载桁高H11.7m，h纵梁高+钢轨轨木高1.29+0.41.69
14、mW下0.50.4H+ (1-0.4)(h+3)W0.50.411.7+ (1-0.4)(1.69+3)1.05.154kN/m(2) 上平纵联的有车均布风荷载W下0.50.4H+ 0.2(1-0.4)(h+3)W 0.50.411.7+ 0.2(1-0.4)(1.69+3)1.02.903kN/m(3) 弦杆内力弦杆横向风力影响线顶点对应位置和纵距同上述的摇摆力计算。上弦杆A1A3 在均布风荷载w 上作用下的内力为：Nw上=w上=12yLw上=1212.8155.5168.325.7568.322.903=179.491 kNA3A5: Nw上=w上=12yLw上=1229.57538.74
15、568.325.7568.322.903=289.261 kN下弦杆E0E2: Nw下=w下=12yLw下=1212.8172.5985.45.7585.45.154=416.747 kNE2E4: Nw下=w下=12yLw下=1229.8955.5185.45.7585.45.154=743.636 kNE2E4: Nw下=w下=12yLw下=1246.9738.4385.45.7585.45.154=808.999kN2 桥门架效应的端斜杆和端下弦杆附加力桥门架所受总风力Hw=12Lw上=1268.322.903=99.166 kNl=13.60 m,c=8.04 m端斜杆反弯点位置l0=
16、cc+2l22c+l=8.048.04+213.60228.04+13.60=4.77 m端斜杆轴力V=Hwl-l0B=99.16613.60-4.775.75=152.289 kN端斜杆轴力V在下弦杆产生的分力Nw=Vcos=152.2898.5413.60=95.628 kN端斜杆中部附加弯矩MF=Hw2c-l0=99.16628.04-4.77=162.136kNm端斜杆端部横梁高度1.29m的一半处附加弯矩为MK=Hw2l0-h横2=99.16624.77-1.292=204.53 kNm计算结果列在表2.1 中。第三节 制动力作用下的主桁杆件附加力计算1 下弦杆制动力计算以下弦杆E2
17、E4 为例，将活载作如图所示的布置，根据结构力学方法，当三角形影响线顶点左边的活载之和等于右边之和时，为产生最大杆力的活载布置位置。Raa=Rbb5220+92x25.62=9230-x+8029.78+x59.78解得x=11.364 m故桥上活载总重5 220 + 30 92 + (29.78+11.364) 80 =7151.482 kN在主力作用下的内力已计入冲击系数，制动力按静活载的7计算:制动力T7151.4820.07500.604 kNE4E4 制动力作用附加内力NTT/2250.302 kN其下弦杆件内力见表2.1。2 端斜杆制动力计算E0E1 杆力影响线顶点位置离左端点支点
18、8m，设将列车荷载的第4轴重P1置于影响线顶点处。因为影响线为三角形，故根据结构力学所述的法则，若满足下列条件，则该活载位置是产生最大杆力时的荷载Ra+P1aRbbRaaRbb=220+3092+43.868076.86=84.42Raa=32208.54=77.283P1+Rbb=220+6488.876.86=87.286将第3轴重或第5放到顶点位置上均不满足上述条件，故将上述活载即为产生最大杆力时的活载。制动力T=71005220+3092+8043.86=515.816 kN制动力所生的杆件内力NT和M2:轴向力NT=T2=515.8162=257.908kNM=T2h=257.908
19、0.37=95.426 kNm (下弦杆中线至支座下摆顶点的距离h0.37m)下弦杆弯矩M10.4M0.495.42638.17 kNm端斜杆弯矩M20.7M0.795.42666.798.kNm第四节 疲劳内力计算1 疲劳轴力疲劳荷载组合包括设计载荷中的恒载和活载(包括冲击力、离心力，但不考虑活载发展系数)。列车竖向活载包括竖向动力作用时，应将列车竖向静活载乘以运营动力系数(1+f)。同时，第4.3.5 条又规定，焊接及非焊接(栓接)构件及连接均需进行疲劳强度检算，当疲劳应力均为压应力时，可不检算疲劳。疲劳计算采用动力运营系数弦、斜杆：1+f=1+1840+L=1+1840+85.4=1.1
20、44吊杆：1+f=1+1840+17.08=1.315E2E4: Nn max=Np+1+fNk=1173.78+1.1442908.17=4500.726 kNNn min=Np=1173.78 kN其余计算内力见表2-1。2 吊杆疲劳弯矩作用在纵梁上的恒载p=p12+p8=9.73 kN/m由恒载产生纵梁对横梁的作用力(即纵梁梁端剪力) Np = p = 9.73 8.54 = 83.094 kN当L17.08 m和0.5时，换算均布荷载k116.592/258.296 kN/m由活载产生纵梁对横梁的作用力N = k = 58.296 8.54 = 497.848 kN由恒载产生的简支梁弯
21、矩Mp=NpB-c2=83.0945.75-22=155.803 kNm由静活载产生的简支梁弯矩Mk=NkB-c2=497.8485.75-22=933.465 kNm冲击系数1+=1+2840+L=1+2840+17.08=1.491横梁=NpNk1+=83.094497.8481.491=0.112=1+16max-=1+160.3366-0.112=1.037横梁Mpk=Mp+1+Mk=155.803+1.0371.498933.465=1606.478 kNmMB p=3u2-0.5ibis+3MpMB pk=3u2-0.5ibis+3Mpk=a+cB=187.5+200575=0.6
22、739=LL=577.51035.5=0.5577横梁、竖杆在框架面内的刚度系数ib=EIbB=653236E575=1136.06E cmis=EIsL=38224E577.5=66.19E cm式中E 钢的弹性模量；Ib、Is横梁、竖杆在框架平面内的惯性矩；L 横联门楣最下端节点到衡量重心轴的距离；L上弦节点中心到横梁重心的距离；MB p=32-0.50.55771136.06E66.19E+30.6739155.803=9.679 kNmMB pk=32-0.50.55771136.06E66.19E+30.67391606.478=99.805kNm第五节 主桁杆件内力组合1 主力组合
23、NINp+(1+)Nk +Ns，例如A1A3: NI=(-894.96)+1.0021.223(-2254.97)+(-36.20)=-3694.55 kN2 主力和附加力组合例如 A1A3: 主力 NI=-3694.55 kN, 附加风力 Nw=-179.49 kN主力+横向附加力NII=-3694.55-179.49=-3874.04 kNNII=NII1.2=-3874.041.2=-3228.367-3694.55 kN(绝对值取大，故主力控制设计)。E2E4: 主力 NI=5072.28 kN, 附加风力 Nw=743.64 kN主力+横向附加力NII=5072.28+743.64=5815.92 kNNII=NII1.2=5815.921.2=4846.65072.28 kN 主力控制主力+纵向附加力(制动力)NIII=5072.28+250.302=5322.582 kNNIII=5322.5821.25=4258.0665072.28kN 主力控制